DE4122785A1 - Drehbank-wickelanlage zur herstellung von bauelementen aus faserverstaerkten kunststoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehbank-Wickelanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei Wickelanlagen dieser Art wird parallel zur rotierenden Kern­ achse der Wickelkopf bzw. das sogenannte Fadenauge bewegt und da­ bei der Faden abgelegt. Mit elektronischen Steuerungen sind belie­ bige ungleichförmige Bewegungsabläufe von Kern und Wickelkopf bzw. Fadenauge mit allen Winkeln zwischen 0° und 90°, unter anderem auch die Fertigung nicht rotationssymmetrischer Bauteile, möglich.

Bei Wickelanlagen der gattungsgemäßen Art ergeben sich bei biege­ beanspruchten, taillierten Bauteilen mit vorwiegend axialen Ver­ stärkungen Probleme. So ist es mit solchen Wickelanlagen nicht möglich, Körper mit konkav gekrümmten Oberflächenbereichen mit axialen Verstärkungen zu wickeln, da die Fasern aufgrund der not­ wendigen Fadenspannung nicht dem geodätischen Pfad folgen können, sondern solche konkaven Bereiche überspannen. Dies führt zu Form­ abweichungen und Hohlräumen, die auch nicht durch nachträgliches Preßwickeln beseitigt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wickelanlage der gattungsge­ mäßen Art so auszugestalten, daß mit ihr auch Körper mit konkav gekrümmten Oberflächenbereichen formgetreu mit axialen Verstärkun­ gen gewickelt werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 herausgestellten Merkmale.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im Nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrie­ ben.

Fig. 1 zeigt in dimetrischer Darstellung eine Drehbank-Wickel­ anlage mit einem Zusatzwickelkopf gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt unter einem anderen Blickwinkel den Zusatzwickel­ kopf.

Fig. 3 zeigt schematisch einen Zahnriementrieb für den Zusatz­ wickelkopf.

Fig. 4 zeigt in dimetrischer Darstellung die wesentlichen Ele­ mente des Zahnriementriebs in einer praktischen Ausfüh­ rung.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch den Träger mit Rotor und Zahnriementrieb.

Fig. 6 zeigt einen gleichen Schnitt durch die Achse der motor­ getriebenen Endrolle.

Die in Fig. 1 dargestellte Wickelanlage arbeitet nach dem Dreh­ bank-Prinzip. Auf einem Grundrahmen 2 ist hier auf einer motorisch angetriebenen Achse 4 ein Spannfutter 6 angeordnet, in dem ein Wickelkern 8 mit einem Ende einer Welle 10 direkt oder indirekt eingespannt ist. Das gegenüberliegende Ende 12 der Welle läuft hierbei frei mit oder auf einer Spitze um, die hier nicht darge­ stellt ist. Der Antriebsmotor 14 ist entsprechend dem Wickel­ programm steuerbar. In bekannter Weise werden hierfür elektro­ nische Steuerungen eingesetzt.

Für die auf den Wickelkern 8 aufzubringende Wicklung ist ein in der Zeichnung nicht dargestellter Schlitten vorgesehen, der ein Fadenauge 16 aufweist, das hier stellvertretend für den gesamten Schlitten dargestellt ist. Der hier dargestellte Wickelkern ist zwischen seinen Enden 8′ und 8′′ eingeschnürt. Eine Längswicklung, d. h. eine im wesentlichen in Achsrichtung verlaufende Wicklung, überspannt damit die eingeschnürte Taille des Wickelkerns unter der Vorspannung für den vom Fadenauge 16 auf den Kern abgelegten Faden 18, wobei der Ausdruck "Faden" hier summarisch für Einzel­ fäden und Rovings steht. In ähnlicher Weise kann es bei langen zylindrischen Kernen beim Auflegen der Zug- und Druckkräfte auf­ nehmenden Längsfäden unter dem Eigengewicht zu einem Ablösen und Durchhängen der Fäden kommen. Um eine sichere Anlage der für die Längsverstärkung vorgesehene Faserlage zu gewährleisten, ist ein Zusatzwickelkopf 20 zur Ablage eines Fixierfadens vorgesehen, der mit einer Halterung 19 an einem in Fig. 2 dargestellten zweiten Schlitten 21 befestigt ist, der auf einer nicht dargestellten zweiten Schlittenführung der Wickelanlage parallel zur Führung für den Wickelkopf mit dem Fadenauge 16 geführt ist.

Der Zusatzwickelkopf 20 weist einen Ständer 22 und einen Rotor 24 auf. Ständer und Rotor sind C-förmig ausgebildet, d. h. als Teil­ kreis in Form eines sich höchstens über einen Kreisbogen von 270° erstreckenden Kreissegmentes, dessen Öffnung 26 sich damit über mindestens einen Viertelkreis erstreckt.

Der Ständer 22 ist an einem Träger 28 befestigt, der vorzugsweise um eine zur Drehachse 8′′′ des Wickelkerns parallele Schwenkachse 30 um wenigstens 90° aus der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ar­ beitsstellung in eine nicht dargestellte Ruhe- oder Staustellung schwenkbar ist. Der Träger 28 ist seinerseits mit einem Gelenkkopf 34 mit einer sich radial zur Drehachse 8′′′ des Wickelkerns 8 er­ streckenden Gelenkachse 36 versehen, um die der Ständer 22 drehbar ist. Als Schwenkantrieb für den Ständer 22 ist zwischen der Halte­ rung 19 einerseits und dem Gehäuse 35 des an dem Träger 28 be­ festigten Gelenkkopfes 34 andererseits ein Hydraulikzylinder 38 angeordnet, der mit dem Ende seiner Kolbenstange 40 am Gelenk­ kopfgehäuse 35 und mit seinem Zylinder 42 mit der Halterung 19 schwenkbar verbunden ist.

Der Rotor 24 weist, wie in Fig. 5 und 6 dargestellt, eine kreis­ bogenförmige Führung 44 auf, die U-förmig mit zur Drehachse 8′′′ parallelen Schenkeln 46 und 48 ausgebildet ist, die auf den Stän­ der 22 zu gerichtet sind. Der Rotor 24 ist auf am Ständer 22 an­ geordneten Rollen 50, 52 um die virtuelle Achse geführt, die in der Arbeitsstellung mit der Drehachse 8′′′ des Wickelkerns 8 zu­ sammenfällt. Die Rollen 50, 52 stehen dabei in Umfangsrichtung abwechselnd mit dem radial inneren Schenkel 44 und dem radial äußeren Schenkel 46 in Eingriff. Eine axiale Führung des Rotors 24 relativ zum Ständer 22 ist durch eine Nut 54 in dem radial äußeren Schenkel 46 sichergestellt, mit deren Schenkelinnenseiten die Rollen 50 in Eingriff stehen.

Als Antrieb ist ein beidseitig verzahnter Zahnriemenantrieb 56 vorgesehen, der in Fig. 3 schematisch dargestellt ist. Der Zahn­ riementrieb 56 ist mit Endrollen 58, 60 versehen, die im Bereich der Enden des Ständers 22 angeordnet sind und über die der Zahn­ riemen 62 umgeleitet wird. Von diesen Endrollen ist die im Bereich des Trägers 28 liegende Rolle 58 angetrieben, wie weiter unten im einzelnen zu beschreiben sein wird. Mit seinem inneren treibenden Trum 64 ist der Zahnriemen über auf einem Kreisbogen angeordnete Stützrollen 66 geführt, während der rücklaufende äußere Trum 68 über Führungsrollen 70 im Abstand vom radial inneren Trum 64 ge­ führt wird.

Wie in Fig. 5 und 6 dargestellt ist, sind jeweils zwei axial im Abstand voneinander liegende koaxiale Stützrollen 66′, 66′′ vorge­ sehen. Die dem Ständer 22 zugewandten Stützrollen 66′ sind dabei direkt in einer Wandung 72 befestigt, während die hiervon abge­ wandten Stützrollen 66′′ an einem kreisbogenförmigen Träger 74 be­ festigt sind, der über radial außerhalb des inneren Zahnriemen­ trums 64 angeordnete Stehbolzen 76 mit der Wandung 72 des Ständers 22 verbunden ist.

An dem Rotor 24 ist ein zwischen die Stützrollen 66′, 66′′ greifen­ der radialer Steg 78 angeordnet, der an seinem Umfang im Abstand voneinander mit dem Zahnriemen zusammenwirkende Zahnelemente 80 trägt. Die Führungsrollen 70, die ebenso wie die Stützrollen 66 mit einer zylindrischen Oberfläche ausgebildet sind, sind frei drehend an der angrenzenden Wand 72 des Ständers 22 gelagert. Die Führungsrollen 70 sind ebenso wie die Stützrollen 66 soweit zur Führung des Zahnriemens erforderlich mit Bordscheiben 82, 84 ver­ sehen, die in Fig. 5 und 6 beispielsweise angedeutet sind.

Die in Fig. 6 dargestellte Endrolle 58 ist drehfest auf einer im Ständer gelagerten Welle 86 befestigt, auf der ein Antriebsrad 88 drehfest gelagert ist. Die den Zahnriemen treibende Endrolle 58 ist ebenso wie die Rolle bzw. das Rad 88 außen mit einer Verzah­ nung versehen. Der auf der Rolle 88 laufende Zahnriemen 90 wird von einem in Fig. 2 angedeuteten Antriebsmotor 92 angetrieben, wo­ bei der Zahnriementrieb zwischen der Abtriebswelle des Motors 92 und dem Antriebsrad 88 als Untersetzungsgetriebe ausgebildet ist.

Die vorstehend beschriebenen Führungs- und Antriebselemente sind rotorseitig durch ein Gehäuse 94 mit gegen den Ständer 22 gerich­ teten Schenkeln 96 abgedeckt, das mit dem äußeren Gehäuseteil 98 des Ständers einen weitgehend dichten Einschluß bildet.

Auf der Außenseite des Abdeckgehäuses 94 ist eine Fadenführung 100 befestigt, die mit einer Abspuleinheit mit einem Träger für die Fadenspule 102, einem nicht dargestellten Spulenbremssystem, einer Fadenschwinge mit Tänzerrolle 104 und einem Fadenauge 106 versehen ist. Diese Fadenführung 100 kann von üblicher Bauart und zusätz­ lich mit einer Anordnung zur Tränkung des Fadens mit einem flüssi­ gen Kunststoff versehen sein.

Der Spulenträger kann auch an einer anderen Stelle des Rotors an­ geordnet sein, beispielsweise zur Herstellung eines dynamischen Ausgleichs diagonal gegenüber dem Fadenauge, wobei dann entspre­ chende Führungsrollen auf dem Rotor vorzusehen sind. Es können auch mehrere Spulenträger vorgesehen werden. Das Fadenauge 106 ist radial zur Drehachse des Rotors, die mit der Drehachse 8′′′ des Wickelkerns zusammenfällt, verstellbar. Hierfür kann eine motori­ sche Verstellung vorgesehen sein, die über eine elektronische Steuerung das Fadenauge der Kontur des Wickelkerns nachführt.

Bei der beschriebenen Anordnung des Zusatzwickelkopfes ist durch die Führung des Rotors und die Ausbildung des Antriebes sicherge­ stellt, daß der Rotor bei seiner Bewegung über den offenen Bereich 26 des Ständers ständig genau geführt wird und daß auch während der gesamten Umlaufbewegung der Antrieb des Rotors sichergestellt ist. Fig. 1 zeigt eine Stellung, in der sich das Ende des hier entgegen dem Uhrzeigersinn umlaufenden Rotors über das festliegen­ de Ende des Stators hinaus bewegt hat.

In Fig. 1 ist ein Wickelkern 8 dargestellt, der zwischen seinen Enden konkav eingeschnürt ist, wobei hier die Einschnürung achs­ symmetrisch ausgebildet ist. Über das Fadenauge 16 wird ein Faden 18 im wesentlichen achsparallel über die Länge des Wickelkerns geführt und an den Enden über Umlenkscheiben 108 umgelenkt. Der Wickelkern ist hier weiter beidseitig mit Buchsen 110 zur Bildung von Öffnungen zur Aufnahme von Gelenken dargestellt.

Beim Aufbringen der Axialwicklung durch den Schlitten mit dem Fadenauge 16 folgt der Zusatzwickelkopf in möglichst kurzem Ab­ stand mit dem Fadenauge 106. Von dem Fadenauge 106 des Zusatz­ wickelkopfes wird dabei ein Faden 112 in Umfangsrichtung des Wickelkerns abgelegt, durch den der in Achsrichtung verlaufende Faden 18 in Anlage an den Wickelkern gebracht und gehalten wird. Die Steigung dieser "Fixierwicklung" wird entsprechend der jewei­ ligen Form des Wickelkerns festgelegt. Sie ist so zu wählen, daß über den gesamten konkaven Bereich eine Anlage des in Achsrichtung abgelegten Fadens sichergestellt ist. Bei Erreichen der Endstel­ lung des Fadenauges 16 wird dieses von dem Zusatzwickelkopf über­ fahren und dabei sichergestellt, daß durch Steuerung der Umlauf­ bewegung oder aber durch Stillsetzen des Rotors des Zusatzwickel­ kopfes das Fadenauge 16 ungestört in entgegengesetzter Richtung bewegt werden kann. Der Zusatzwickelkopf folgt dann wieder mit einem entsprechenden Nachlauf.

Außer für die Fixierung der in Achsrichtung abgelegten Fäden auf Wickelkörpern, auf denen der Faden unter der aufgebrachten Vor­ spannung Konturflächen des Wickelkörpers überspannen würde, läßt sich der Zusatzwickelkopf auch vorteilhaft bei zylindrischen oder auch leicht gebauchten Wickelkernen einsetzen, um ein Durchhängen der sich in Achsrichtung erstreckenden Fäden unter ihrem Eigen­ gewicht zu verhindern und sicherzustellen, daß diese Fäden in An­ lage an dem Wickelkern bleiben.

Bei allen Anwendungen sollte der von dem Zusatzwickelkopf abge­ legte Faden auf dem jeweiligen geodätischen Weg abgelegt werden. Um dies auch bei Wickelkörpern erreichen zu können, bei denen die Kernachse oder Teile der Kernachse zur Drehachse 10 der Wickel­ anlage unter einem Winkel liegen, ist die oben angegebene Drehbar­ keit des Wickelkopfes um die Drehachse 36 vorgesehen. Über den Drehkopf läßt sich der Zusatzwickelkopf bei solchen Werkstücken jeweils so einstellen, daß über die Länge des Formkernes jeweils der kürzestes geodätische Weg für die Ablage des Fixierungsfadens eingehalten wird. Für diese Drehbewegung reicht im allgemeinen eine Drehmöglichkeit von +45° gegenüber der Mittelstellung. Der Drehkopf kann mit einem Drehantrieb versehen sein, mit dem der Zu­ satzwickelkopf elektronisch gesteuert auf den jeweiligen geodäti­ schen Weg einstellbar ist.

Mit dem Zusatzwickelkopf lassen sich Fäden, die sich vom Haupt­ wickelkopf nicht auf einem geodätischen Weg in Anlage an der Ober­ fläche des Wickelkerns ablegen lassen, in all den Fällen in Anlage an den Wickelkern bringen, in denen für den vom Zusatzwickelkopf abgelegten Fixierfaden ein Weg in Anlage an der Oberfläche des Wickelkerns vorhanden ist. Mit Hilfe des vom Zusatzwickelkopf ab­ gelegten Fixierfadens lassen sich also insbesondere Längsfäden, welche die Konturflächen eines Wickelkernes in unzulässiger Weise überspannen würden, an die Konturen anschmiegen.

Claims (8)

1. Wickelanlage zur Herstellung von Bauelementen aus faserver­ stärkten Kunststoffen mit einem Wickelkopf zur Ablage von Längsverstärkungen mit kleinen Faserwinkeln bezogen auf die Wickelachse, gekennzeichnet durch einen Zusatzwickelkopf (20) zur Ablage einer Fixierungswicklung auf die jeweils abgelegten Fasern der Längsverstärkung (18) mit folgenden Merkmalen:
einem auf einer zusätzlichen Schlittenführung der Wickelanlage parallel zum ersten Wickelkopf (16) verfahrbaren Schlitten (21),
einem an diesem Schlitten angeordneten Träger (28) mit einem ringförmigen Ständer (22) mit einem Ausschnitt im Stän­ derumfang,
einem in dem Ständer umlaufenden Rotor (24) mit einem dem Ausschnitt des Ständers entsprechenden Ausschnitt, einem an dem Ständer angeordneten Antrieb (56) für den Rotor,
einer auf dem Rotor angeordneten Fadenführung (100) mit:
einer Abspuleinheit mit einem Spulenträger (102);
einem Spulenbremssystem,
einer Fadenschwinge mit Tänzerrolle (104), und einem Fadenauge (106).

2. Wickelanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fadenauge (106) bezogen auf die Rotorachse radial verstellbar ist.

3. Wickelanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (22) um eine zur Wickelachse (8′′′) parallele Achse (30) um wenigstens 90° schwenkbar ist.

4. Wickelanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwenkantrieb ein Hydraulikzylinder (38) vorgesehen ist.

5. Wickelanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (28) einen Gelenkkopf (34) aufweist, mit dem der Stän­ der (22) um eine radial zur Rotorachse (8′′′) verlaufende Achse (36) drehbar ist.

6. Wickelanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (24) eine U-förmige Führung (44) mit achsparallelen Schenkeln (46, 48) aufweist und daß am Ständer (22) in die Führung eingreifende Führungsrollen (50, 52) vorgesehen sind, die abwechselnd mit einer der auf der Innenseite der Schenkel ausgebildeten Führungsbahnen zusammenwirken.

7. Wickelanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Führungsbahnen axiale Anschläge für wenigstens die mit einer Führungsbahn (46) zusammenwirkenden Führungsrollen (50) vorgesehen sind.

8. Wickelanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb ein Zahnriemenantrieb (56) mit beidsei­ tig verzahntem Zahnriemen vorgesehen ist, der im Ständer (22) über Endrollen (58, 60) geführt ist, von denen eine mit einem Antrieb (88, 90, 92) verbunden ist,
daß der Zahnriemen zwischen den Endrollen mit seinem inneren Trum (64) auf Stützrollen (66) geführt ist, die je­ weils zwei axial im Abstand liegende Einzelrollen (66′, 66′′) aufweisen,
daß der Rotor einen zwischen die Einzelrollen eingrei­ fenden kreisbogenförmigen Steg (78) aufweist, auf dessen Um­ fang mit dem Zahnriemen zusammenwirkende Zahnelemente (60) angeordnet sind, und
daß für den äußeren Trum (68) des Zahnriemens diesen im Abstand vom inneren Trum (64) haltende Führungsrollen (70) vorgesehen sind.